(57)【要約】【課題】多層配線基板と半導体チップとの隙間をより確実に充填すること。【解決手段】多層配線基板２１の表面に形成される複数の基板電極２２が露出する複数の孔が形成される絶縁部材２３を多層配線基板２１の表面に形成するステップと、複数の基板電極２２に液状部材２８を塗布するステップと、バンプ３３を用いて、半導体チップ３１の表面に形成される複数のチップ電極３２と複数の基板電極２２とをそれぞれ電気的に接続し、多層配線基板２１と半導体チップ３１とを機械的に接合するステップとを備えている。このとき、多層配線基板２１と半導体チップ３１との隙間に絶縁部材２３と液状部材２８とがより確実に充填され、このようなフリップチップ実装型半導体装置製造方法により製造されたフリップチップ実装型半導体装置は、信頼性がより向上する。【選択図】図１０
2010050212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板の電極が形成された一方の面に前記電極が露出する孔を有する絶縁部材を形成する工程と、
前記絶縁部材の孔内に液状部材を塗布する工程と、
半導体チップの電極が形成された一方の面と前記配線基板の一方の面とを向かい合わせる工程と、
前記半導体チップの一方の面と前記絶縁部材の前記半導体チップの一方の面に向き合う面とが接するようにして、前記半導体チップの電極と前記配線基板の電極とを第１のバンプを介して接続する工程と、
前記液状部材を固体部材に硬化させる工程とを含み、
前記固体部材は前記絶縁部材と同等の熱膨張係数を有する
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記液状部材は前記配線基板の電極と前記バンプとの接合面の皮膜を除去するフラックス作用を有する
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記液状部材を固体部材に硬化させる工程は熱処理による
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記配線基板の他方の面に外部接続用電極を形成する工程をさらに含む
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記外部接続用電極が第２のバンプである
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、
前記第１のバンプは錫または銅を含む金属である
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記第２のバンプは錫または銅を含む金属である
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
一方の面に電極が形成された配線基板と、
一方の面が前記配線基板の一方の面に接し、前記電極が露出する孔を有する絶縁部材と、
電極が形成された一方の面が前記配線基板の一方の面に向き合う半導体チップと、
前記配線基板の電極と前記半導体チップの電極とを接続する第１のバンプとを備え、
前記半導体チップの一方の面と前記絶縁部材の他方の面とが接するとともに、前記絶縁部材の孔と前記バンプとの隙間に固体部材が充填され、
前記固体部材は前記絶縁部材と同等の熱膨張係数を有する
半導体装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記配線基板の他方の面に外部接続用電極が形成されている
半導体装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記外部接続用電極は第２のバンプである
半導体装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかにおいて、
前記第１のバンプは錫または銅を含む金属である
半導体装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２のバンプは錫または銅を含む金属である
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ実装型半導体装置およびその製造方法に関し、特に、バンプを介して半導体チップが配線基板に実装されるフリップチップ実装型半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バンプを介して半導体チップが多層配線基板に実装されるフリップチップ実装型半導体装置が知られている。このようなフリップチップ実装型半導体装置は、半導体チップと多層配線基板との間に樹脂が充填されることにより、外部からの物理的なダメージからバンプ接続部が保護されている。
【０００３】
図１は、公知のフリップチップ実装型半導体装置を示している。そのフリップチップ実装型半導体装置１００は、多層配線基板１０１と半導体チップ１０２と複数のバンプ１０３とアンダーフィル樹脂１０５とを備えている。多層配線基板１０１は、板状に形成され、半導体チップ１０２に対向する面に複数の基板電極１０７を備えている。複数の基板電極１０７は、銅（Ｃｕ）またはその上に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕ等に例示される金属がめっきにより形成されている。さらにその上に、はんだをコーティングする場合もある。
【０００４】
多層配線基板１０１は、複数の配線絶縁層と複数の金属配線層とが積層されて形成されている。その複数の金属配線層は、それぞれ、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等に例示される金属から形成されている。その複数の配線絶縁層は、無機材料または有機材料から形成され、その複数の金属配線層を互いに絶縁している。多層配線基板１０１は、さらに、複数のビアまたはスルーホールを備えている。そのビアまたはスルーホールは、導体から形成され、その複数の金属配線層のうちのそれぞれ２つの、または複数の金属配線層を電気的に接続する。多層配線基板１０１は、さらに、複数の端子を備えている場合もある。その複数の端子は、複数の基板電極１０７が配置されている面の反対側の面に配置されている。その複数の端子は、その複数の金属配線層と複数のビアとを介して、複数の基板電極１０７に電気的に接続されている。
【０００５】
半導体チップ１０２は、多くの回路素子を備えている。半導体チップ１０２は、多層配線基板１０１に対向する面に複数のチップ電極１０８を備えている。複数のチップ電極１０８は、バリアメタルとして銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、金Ａｕ、チタンＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉｗ等に例示される材料またはこれらの組合せから形成されている。半導体チップ１０２は、例えば複数のチップ電極１０８を介して入力される入力電気信号に基づいて、出力電気信号を生成し、複数のチップ電極１０８を介してその出力電気信号を外部に出力する。
【０００６】
バンプ１０３は、錫または錫合金、金または金合金、銅または銅合金等に例示される金属から形成されている。バンプ１０３は、半導体チップ１０２のチップ電極１０８と、対向（相対）する多層配線基板１０１の基板電極１０７との間を電気的、機械（物理）的に接続する。
【０００７】
アンダーフィル樹脂１０５は、ＳｉＯ２等のフィラーを含有する樹脂から形成されている。アンダーフィル樹脂１０５は、多層配線基板１０１と半導体チップ１０２との間に充填される。フリップチップ実装型半導体装置１００は、多層配線基板１０１と半導体チップ１０２との間にアンダーフィル樹脂１０５が充填されることにより、外部からの物理的なダメージから保護され、また、多層配線基板１０１と半導体チップ１０２との熱膨張係数の違いにより発生する応力を分散することができる。このため、フリップチップ実装型半導体装置１００は、破壊・断線が防止され、信頼性が向上する。
【０００８】
フリップチップ実装型半導体装置１００は、プリント基板に実装されて利用される。そのプリント基板は、多層配線基板１０１の端子に相対する複数のボールランドを備えている。フリップチップ実装型半導体装置１００は、複数の例えばはんだボールを介して、多層配線基板１０１の端子がプリント基板のボールランドに電気的、機械（物理）的に接続されて利用される。
【０００９】
図２〜図４は、公知のフリップチップ実装型半導体装置製造方法を示している。まず、図２に示されているように、複数のチップ電極１３２上にバンプ１３３が形成された半導体チップ１３１と、チップ電極１３２と相対する位置に基板電極１２２が形成された多層配線基板１２１とを位置合わせし、半導体チップ１３１を多層配線基板１２１上に搭載する（図示せず）。
【００１０】
次いで、図３に示されているように、半導体チップ１３１を多層配線基板１２１に搭載した状態でリフローして（加熱して）バンプ１３３を溶融し、バンプを介してチップ電極１３２と基板電極１２２とを電気的、機械（物理）的に接続する。
【００１１】
リフローはんだ付けの後に、例えば有機溶剤、純水等のフラックス洗浄液で多層配線基板１２１と半導体チップ１３１との隙間を洗浄し、多層配線基板１２１と半導体チップ１３１との隙間に残るフラックスの残渣を除去する（図示せず）。次いで、１００℃程度の温度でフラックス洗浄液を乾燥する（図示せず）。次いで、多層配線基板１２１と半導体チップ１３１との隙間をプラズマ洗浄する（図示せず）。
【００１２】
次いで、半導体チップ１３１が実装された多層配線基板１２１を１００℃程度に加熱し、アンダーフィル樹脂１４１を半導体チップ１３１の縁に滴下する。アンダーフィル樹脂１４１は、液状であり、加熱により硬化された後に、熱膨張係数が所定の値になるように、所定の含有率のフィラーが含有されている。アンダーフィル樹脂１４１は、加熱により粘度が低下し、図４に示されているように、多層配線基板１２１と半導体チップ１３１との隙間を毛細管現象により浸透し、その隙間に充填される。最後に、１５０℃程度に加熱し、アンダーフィル樹脂１４１を硬化させて、フリップチップ実装型半導体装置１００が完成する。
【００１３】
再特ＷＯ２００４／０７０８２６号公報には、電極部を有する基板同士を電気的に接続する際、当該基板同士間を密封すると同時に、基板自体や配線を保護することができる電極間接続構造体の形成方法が開示されている。その電極間接続構造体の形成方法は、表面に第１電極部を有する第１接続対象物に対して、開口部を有する接着層を、当該開口部から前記第１電極部が露出し、かつ、前記表面の少なくとも一部を覆うように形成する工程と、第２電極部を有する第２接続対象物を、前記第１接続対象物に対して、前記第１電極部と前記第２電極部が対向しつつ前記接着層が前記第２接続対象物に接するように配置する工程と、前記第１電極部および前記第２電極部が導体部を介して電気的に接続されるとともに前記接着層が硬化するように加熱処理を行う接続工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
特開２００１−０２４０２９号公報には、樹脂注入工程におけるボイドレス化及び製造工程の短縮化を図ることができるフリップチップ実装型半導体装置が開示されている。そのフリップチップ実装型半導体装置は、外部端子上にバンプを有する半導体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が設けられ前記電極と前記外部端子とが前記バンプを介してフリップチップ接合されている基板と、前記半導体チップと前記基板との間を充填するアンダーフィル樹脂とを有するフリップチップ実装型半導体装置において、前記アンダーフィル樹脂は加熱により粘度が低下する温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以上である樹脂材料からなることを特徴としている。
【００１５】
特開２００３−１００８１１号公報には、半導体素子あるいは半導体パッケージが基板に金属材を介して接続された半導体装置において、接続強度を高め信頼性が向上した半導体装置が開示されている。その半導体装置は、絶縁基板の少なくとも一方の主面に配線層が形成された配線基板と、前記配線基板の配線層形成面上にフェースダウンに搭載された半導体素子と、前記半導体素子の電極端子上に形成された金属バンプとを備え、前記半導体素子の電極端子と前記配線基板の配線層とが、前記金属バンプを介して接合されており、かつ前記金属バンプと前記配線基板との間に、第１の樹脂層のフィレットが形成されていることを特徴としている。
【００１６】
特開２００７−２１４３４６号公報には、半導体装置の接合部分のクラック・剥離等が比較的少なく、信頼性のより高い半導体装置が開示されている。その半導体装置は、半導体チップと、回路基板と、前記半導体チップと前記回路基板とを電気的に接続する半田電極と、前記半導体チップと前記半田電極との接合部分の周囲において、前記半導体チップと前記半田電極の両方に接する第一の樹脂材料よりなる第一の固定部と、前記半田電極と前記回路基板との接合部分の周囲において、前記半田電極と前記回路基板の両方に接する、前記第一の樹脂材料とは異なる第二の樹脂材料よりなる第二の固定部とを備えている。
【００１７】
【特許文献１】再特ＷＯ２００４／０７０８２６号公報
【特許文献２】特開２００１−０２４０２９号公報
【特許文献３】特開２００３−１００８１１号公報
【特許文献４】特開２００７−２１４３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図２〜図４に示されるようなフリップチップ実装型半導体装置製造方法では、バンプをリフロー処理することにより多層配線基板と半導体チップとを接合させ、そのリフロー処理の後にフラックスを除去している。フラックス成分が多層配線基板上またはチップ上に残留してしまったときに、その残渣によりアンダーフィル樹脂が完全に充填されずに、ボイド等が発生し、フリップチップ実装型半導体装置信頼性を低下させる原因となることがある。特に、チップサイズが大きい場合、または、バンプ間のスペースが小さい場合に、アンダーフィル樹脂が完全に充填されないことが起こりやすい。多層配線基板と半導体チップとの隙間にアンダーフィルをより確実に充填することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２０】
本発明による半導体装置の製造方法は、配線基板（２１）の電極（２２）が形成された一方の面に配線基板（２１）の電極（２２）が露出する孔（２４）を有する絶縁部材（２３）を形成する工程と、絶縁部材（２３）の孔（２４）内に液状部材（２８）を塗布する工程と、半導体チップ（３１）の電極（３２）が形成された一方の面と配線基板（２１）の一方の面とを向かい合わせる工程と、半導体チップ（３１）の一方の面と絶縁部材（２３）の半導体チップ（３１）の一方の面に向き合う面とが接するようにして、半導体チップ（３１）の電極（３２）と配線基板（２１）の電極（２２）とを第１のバンプ（３３）を介して接続する工程と、液状部材（２８）を固体部材（６）に硬化させる工程とを含んでいる。固体部材（６）は絶縁部材（２３）と同等の熱膨張係数を有している。このような製造方法では、半導体チップを多層配線基板に搭載した後に液状部材を充填する方法に比較して、多層配線基板（２１）と半導体チップ（３１）との間に液状部材（２８）をより確実に充填することができる。このような製造方法により製造された半導体装置は、さらに、固体部材と絶縁部材との熱膨張係数が大きく異なる半導体装置に比較して、絶縁部材（５）と固体部材（６）との界面にクラックが形成されることが防止され、信頼性が向上する。
【００２１】
本発明による半導体装置（１０）は、一方の面に電極（７）が形成された配線基板（１）と、一方の面が配線基板（１）の一方の面に接し、電極（７）が露出する孔を有する絶縁部材（５）と、電極（８）が形成された一方の面が配線基板（１）の一方の面に向き合う半導体チップ（２）と、配線基板（１）の電極（７）と半導体チップ（２）の電極（８）とを接続する第１のバンプ（３）とを備えている。このとき、半導体チップ（２）の一方の面と絶縁部材（５）の他方の面とが接するとともに、絶縁部材（５）の孔とバンプ（３）との隙間に固体部材（６）が充填されている。固体部材（６）は絶縁部材（５）と同等の熱膨張係数を有している。このような半導体装置（１０）は、固体部材と絶縁部材との熱膨張係数が大きく異なる半導体装置に比較して、絶縁部材（５）と固体部材（６）との界面にクラックが形成されることが防止され、信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法によれば、フリップチップ実装型半導体装置は、多層配線基板と半導体チップとの隙間に部材がより確実に充填され、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面を参照して、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置の実施の形態を記載する。そのフリップチップ実装型半導体装置１０は、図５に示されているように、多層配線基板１と半導体チップ２と複数のバンプ３と絶縁部材５と充填部材６とを備えている。多層配線基板１は、板状に形成され、半導体チップ２に対向する面に複数の基板電極７を備えている。複数の基板電極７は、銅（Ｃｕ）またはその上に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕ等に例示される金属がめっきにより形成されている。さらにその上に、はんだをコーティングする場合もある。。
【００２４】
多層配線基板１は、図示されていない複数の配線絶縁層と複数の金属配線層とが積層されて形成されている。その複数の金属配線層は、それぞれ、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等に例示される金属から形成されている。その複数の配線絶縁層は、無機材料または有機材料から形成され、その複数の金属配線層を互いに絶縁している。多層配線基板１は、さらに、複数のビアまたはスルーホールを備えている。そのビアまたはスルーホールは、導体から形成され、その複数の金属配線層のうちの２つの、または複数の金属配線層を電気的に接続する。多層配線基板１は、さらに、図示されていない複数の端子を備えている場合もある。その複数の端子は、複数の基板電極７が配置されている面の反対側の面に配置されている。その複数の端子は、その複数の金属配線層と複数のビアとを介して、複数の基板電極７に電気的に接続されている。
【００２５】
半導体チップ２は、多層配線基板１より小さい板状に形成され、多くの回路素子を備えている。半導体チップ２は、多層配線基板１に対向する面に複数のチップ電極８を備えている。複数のチップ電極８は、バリアメタルとして銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、Ｔｉｗ等に例示される材料またはこれらの組み合わせから形成されている。半導体チップ２は、たとえば複数のチップ電極８を介して入力される入力電気信号に基づいて、出力電気信号を生成し、複数のチップ電極８を介してその出力電気信号を外部に出力する。
【００２６】
バンプ３は、それぞれ、錫または錫合金、金または金合金、銅または銅合金等に例示される金属から形成されている。バンプ３は、半導体チップ２のチップ電極８と、対向する多層配線基板１の複数の基板電極７との間を電気的、機械的に接合している。
【００２７】
絶縁部材５は、エポキシ樹脂に例示される絶縁体から形成され、多層配線基板１と半導体チップ２との間に配置されている。絶縁部材５は、半導体チップ２よりわずかに（１ｍｍ〜２ｍｍ程度）大きく形成され、半導体チップ２からわずかにはみでるように配置されている。絶縁部材５は、さらに、図６に示されているように、孔が形成されている。その孔は、バンプ３の各々を囲むように、配置されている。なお、その孔は、図６で正方形に形成されているが、任意の形状に形成されることができる。
【００２８】
充填部材６は、エポキシ樹脂に例示される液状の絶縁性樹脂を加熱により硬化させたものである。充填部材６は、さらに、バンプ３の接合面の酸化皮膜を除去するためのフラックス（フラックス作用を有する成分）を含有している。充填部材６は、多層配線基板１と半導体チップ２とに挟まれた空間であり、バンプ３と絶縁部材５とに囲まれた空間に充填されている。
【００２９】
フリップチップ実装型半導体装置１０は、プリント基板に実装されて利用される。そのプリント基板は、多層配線基板１の端子に対向する複数のボールランドを備えている。フリップチップ実装型半導体装置１０は、複数のたとえばはんだボールを介して、多層配線基板１の複数の端子がそのプリント基板のボールランドに電気的、機械的に接続されて利用される。
【００３０】
フリップチップ実装型半導体装置１０は、絶縁部材５と充填部材６とが複数のバンプ３を互いに隔離することにより、複数のバンプ３が絶縁部材５と充填部材６とにより互いに電気的に絶縁されている。フリップチップ実装型半導体装置１０は、さらに、多層配線基板１と半導体チップ２との間に絶縁部材５と充填部材６とが充填されることにより、外部からの物理的なダメージから保護され、多層配線基板１と半導体チップ２との熱膨張係数の違いにより発生する応力を分散することができ、故障・破壊を防止することができる。
【００３１】
絶縁部材５の熱膨張係数は、充填部材６の熱膨張係数と概ね等しい。このため、フリップチップ実装型半導体装置１０は、絶縁部材５と充填部材６との界面にクラックが形成されることが防止される。その熱膨張係数は、複数のバンプ３のバンプクラックが軽減するように、また、ストレスによるフリップチップ実装型半導体装置１０へのダメージが軽減するように、設定される。このとき、フリップチップ実装型半導体装置１０は、バンプクラック、ストレスによるフリップチップ実装型半導体装置１０へのダメージが軽減され、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
なお、絶縁部材５は、バンプ３の複数を囲むように、配置されることもできる。このとき、その複数のバンプ３は、充填部材６により隔離され、互いに電気的に絶縁される。このような場合でも、既述のフリップチップ実装型半導体装置１０と同様にして、外部からの物理的なダメージから保護され、多層配線基板１と半導体チップ２との熱膨張係数の違いにより発生する応力を分散させことができる。
【００３３】
図７〜図１１は、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法の実施の形態を示している。まず、図７に示されているように、多層配線基板２１を作製する。多層配線基板２１は、図５の多層配線基板１に対応し、表面に複数の基板電極２２と図示されていないソルダーレジストとを備えている。そのソルダーレジストは、その表面のうちの複数の基板電極２２が配置されていない領域を被覆している。
【００３４】
製造者は、さらに、多層配線基板２１の複数の基板電極２２が形成されている面に絶縁部材２３をパターンニング形成する。絶縁部材２３は、図５の絶縁部材５に対応し、複数の基板電極２２が１つずつ露出する複数の孔２４が形成されている。
【００３５】
製造者は、図８に示されているように、絶縁部材２３が接着された多層配線基板２１の上に樹脂塗布機２５を設置する。樹脂塗布機２５は、複数のノズル２６を備えている。複数のノズル２６は、多層配線基板２１の上に樹脂塗布機２５が設置されたときに、それぞれ、絶縁部材２３の孔２４に向くように、配置されている。
【００３６】
製造者は、樹脂塗布機２５を用いて、複数のノズル２６から液状部材２７を所定量だけ噴射させて、絶縁部材２３が形成された多層配線基板２１に液状部材２７を塗布する。液状部材２７は、液状（流体）であり、加熱により固体に硬化する熱硬化樹脂から形成され、バンプの接合面の酸化皮膜を除去するためのフラックス（フラックス作用を有する成分）を含有している。液状部材２７が硬化した後の固体の熱膨張係数は、絶縁部材２３の熱膨張係数と同等である。液状部材２７は、半導体チップが多層配線基板２１にチップマウントされた後に、その半導体チップと多層配線基板２１の間に空洞が形成されないように、適量が多層配線基板２１に塗布される。
【００３７】
多層配線基板２１は、液状部材２７が塗布された後に、図９に示されているように、絶縁部材２３の孔２４の中に適量の液状部材２８が溜まり、絶縁部材２３の孔２４の外に適量の液状部材２９が溜まっている。
【００３８】
製造者は、図５の半導体チップ３１を作製する。半導体チップ３１は、図５の半導体チップ２に対応し、図１０に示されているように、多層配線基板２１に対向する面に複数のチップ電極３２と図示されていないポリイミドとを備えている。そのポリイミドは、その面のうちの複数のチップ電極３２が配置されていない領域を被覆している。製造者は、半導体チップ３１のチップ電極３２に、図５のバンプ３に対応するバンプ３３を形成する。
【００３９】
製造者は、図示されていないマウント装置を用いて、複数のチップ電極３２に複数の基板電極２２が対向するように、半導体チップ１３１と多層配線基板１２１とを位置合わせし、図１１に示されているように、複数のバンプ３３が絶縁部材２３の複数の孔２４の中にそれぞれ配置され、複数のバンプ３３が複数の基板電極２２にそれぞれ接触するように、半導体チップ３１を多層配線基板２１へマウントする。このとき、そのマウントの前に絶縁部材２３の孔２４の外に溜まっていた液状部材２９は、孔２４の中に移動し、または、絶縁部材２３と半導体チップ３１とが密着している界面の縁に移動する。すなわち、多層配線基板２１と半導体チップ３１とバンプ３３と絶縁部材２３とに囲まれた空間には、液状部材２８、２９に由来する液状部材３４が充填される。さらに、絶縁部材２３と半導体チップ３１とが密着している界面の縁には、液状部材２８、２９に由来する液状部材３５が溜まっている。すなわち、液状部材２７の塗布の工程では、多層配線基板２１と半導体チップ３１とバンプ３３と絶縁部材２３とに囲まれた空間に液状部材３４が隙間なく充填されるように、かつ、絶縁部材２３と半導体チップ３１とが密着している界面の縁に適量の液状部材３５が溜まるように、液状部材２７が適量塗布される。
【００４０】
製造者は、次に、図示されていないリフロー炉を用いて、リフローはんだ付けを行う。すなわち、製造者は、複数のバンプ３３が複数の基板電極２２にそれぞれ接触した状態で、半導体チップ３１がマウントされた多層配線基板２１の全体を加熱する。バンプ３３は、この加熱により融解し、基板電極２２とチップ電極３２を機械的に接合し、基板電極２２とチップ電極３２を電気的に接続し、図５のバンプ３に形成される。製造者は、そのリフローはんだ付けの後に、そのリフロー炉を用いて、半導体チップ３１がマウントされた多層配線基板２１の全体を再度加熱して、液状部材３４を硬化させることにより図５の充填部材６に形成させ、多層配線基板２１と半導体チップ３１とをフリップチップ実装型半導体装置１０の完成品に形成する。
【００４１】
本発明による半導体装置の製造方法の比較例は、図２〜図４に示され、フリップチップマウント、フリップチップリフロー、フラックス洗浄、乾燥、プラズマ洗浄、アンダーフィル塗布、アンダーフィルリフローの７工程があり、６種類の設備を７台使用している。本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、フラックス入り樹脂塗布、チップマウント、リフローの３工程であり、３種類の設備を３台用いて、フリップチップ実装型半導体装置を作製することができる。このため、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、新ライン構築時の設備投資を低減し、製造ＴＡＴを短縮し、ランニングコストを低減することができる。
【００４２】
その比較例では、アンダーフィル樹脂を多層配線基板と半導体チップとの間に毛細管現象により注入するときに、アンダーフィル樹脂が完全に充填されずに、ボイド、剥離等が発生することがある。このようなボイド、剥離等は、特に、チップサイズが大きく、または、バンプ間のスペースが小さい場合に発生する傾向が強い。さらに、バンプ間が狭ピッチの場合に、バンプ高さを十分に確保できないことがある。さらに、その比較例では、バンプをリフロー処理した後に使用したフラックスを除去している。その際にフラックス成分が多層配線基板上またはチップ上に残留してしまうことがある。そのフラックスの残渣は、アンダーフィル樹脂が多層配線基板と半導体チップとの間に毛細管現象により注入されることを阻害する。このため、アンダーフィル樹脂が完全に充填されずに、ボイド、剥離等が発生することがある。
【００４３】
本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、多層配線基板２１と半導体チップ３１とを接合する前に、多層配線基板２１と半導体チップ３１との隙間に絶縁部材２３と液状部材３４とを配置しており、多層配線基板２１と半導体チップ３１との隙間に絶縁部材２３と液状部材３４とをより完全に充填することができる。このため、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、バンプ間が狭ピッチの場合においても、フリップチップ実装型半導体装置にボイドが発生することを抑えることができ、フリップチップ実装型半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
その比較例では、さらに、アンダーフィル樹脂は、熱膨張係数が所定の値になるように、所定の含有率のフィラーが含有されている。アンダーフィル樹脂は、注入時に、そのフィラーの含有率が変化し、そのフィラーの含有率が位置に関して、一様に分布しないことがある。このため、アンダーフィル樹脂は、部分的に熱膨張係数が狙い通りにならないケースがある。
【００４５】
本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法では、多層配線基板２１と半導体チップ３１とを接合する前に、多層配線基板２１と半導体チップ３１との隙間に絶縁部材２３と液状部材３４とを一様に配置しており、各部分に配置される充填部材の熱膨張係数が一定である。さらに、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法では、このようなフィラーが含有されていない液状部材を用いており、その液状部材は、塗布中に熱膨張係数が変化することがない。このため、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置は、多層配線基板１と半導体チップ２との熱膨張係数の違いにより発生する応力をより確実に分散することができ、信頼性を向上させることができる。
【００４６】
その比較例では、さらに、アンダーフィル樹脂を半導体チップの縁に滴下することにより、アンダーフィル樹脂を多層配線基板と半導体チップとの間に注入している。このため、その比較例により製造されたフリップチップ実装型半導体装置は、半導体チップの側面にアンダーフィル樹脂が付着している。その側面に付着したアンダーフィル樹脂は、クラックの原因となる場合がある。本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、塗布する液状部材の量を制御することにより、半導体チップの側面に付着する液状部材の量を制御することができる。このため、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、半導体チップの側面に付着する部材の量を低減することができ、フリップチップ実装型半導体装置のクラックの発生を防止することができ、フリップチップ実装型半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
なお、絶縁部材５は、主成分が充填部材６の主成分と異なる他の材料から形成されることもできる。このようなフリップチップ実装型半導体装置であっても、既述の実施の形態におけるフリップチップ実装型半導体装置１０と同様にして、信頼性を向上させることができる。
【００４８】
なお、液状部材２７の主成分は、熱硬化樹脂と異なる他の材料から形成されることもできる。その材料としては、感光性樹脂、バンプクラックを考慮した材料、物質２とチップの接合に特化した材料が例示される。本発明によるフリップチップ実装型半導体装置製造方法は、充填部材６として感光性樹脂が適用されたときに、液状部材３４、３５を硬化させる動作が他の動作に置換されている。その動作では、半導体チップ３１がマウントされた多層配線基板２１にその感光性樹脂を硬化させる光線を照射して、液状部材３４、３５を硬化させ、半導体チップ３１と多層配線基板２１とをフリップチップ実装型半導体装置１０の完成品に形成する。このように製造されたフリップチップ実装型半導体装置は、既述の実施の形態におけるフリップチップ実装型半導体装置１０と同様にして、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、公知のフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は、半導体チップが多層配線基板にマウントされる前の公知のフリップチップ実装型半導体装置の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、半導体チップが多層配線基板にマウントされた後の公知のフリップチップ実装型半導体装置の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、樹脂が充填された後の公知のフリップチップ実装型半導体装置の状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明によるフリップチップ実装型半導体装置を示す他の断面図である。
【図７】図７は、多層配線基板に絶縁部材を敷き詰めた後のフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【図８】図８は、多層配線基板に液状部材を塗布する樹脂塗布機を示す側面図である。
【図９】図９は、多層配線基板に液状部材を塗布した後のフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【図１０】図１０は、半導体チップにバンプを形成した後のフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【図１１】図１１は、多層配線基板に半導体チップがマウントされた後のフリップチップ実装型半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ：多層配線基板
２  ：半導体チップ
３  ：バンプ
５  ：絶縁部材
６  ：充填部材
７  ：複数の基板電極
８  ：複数のチップ電極
１０：フリップチップ実装型半導体装置
２１：多層配線基板
２２：基板電極
２３：絶縁部材
２４：孔
２５：樹脂塗布機
２６：複数のノズル
２７：液状部材
２８：液状部材
２９：液状部材
３１：半導体チップ
３２：チップ電極
３３：バンプ
３４：液状部材
３５：液状部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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